Как устроена атомная бомба: Как работает атомная бомба

Как перестать бояться и изучить атомную бомбу

«Над чем бы ученые ни работали, у них все равно получается оружие» — эта цитата из «Колыбели для кошки» Воннегута давно превратилась в клише, однако вряд ли можно найти более уместный для нее контекст, чем история создания атомной бомбы. Работы, которые велись в этом направлении в первой половине прошлого века, не только продвинули вперед технический прогресс, но и оказали колоссальное влияние на всю нашу культуру, поставив перед человечеством множество непростых практических и этических вопросов. Эта многогранная история в полном объеме отражена в книге Ричарда Роудса «Создание атомной бомбы», которая была опубликована еще в восьмидесятые, но лишь в этом году вышла на русском языке. Александр Дубов рассказывает о ней в рамках совместного проекта «Горького» и «Просветителя».

Ричард Роудс. Создание атомной бомбы. М.: КоЛибри, 2020. Серия «Исторический интерес». Перевод с английского Дмитрия Прокофьева. Содержание

История создания ядерного оружия и, в частности, история американского атомного проекта довольно хорошо известны. Вскоре после войны материалы об этом проекте были частично рассекречены, а затем начали публиковаться воспоминания его участников: ученых, политиков и военных. Вслед за этими публикациями свет увидели книги журналистов и историков. Многие из них переводились и на русский язык — например, в 60-е годы в СССР были опубликованы книги австрийского журналиста Роберта Юнга «Ярче тысячи солнц» и генерала Лесли Гровса «Теперь об этом можно рассказать». Еще раньше были переведены книги Энрико и Лауры Ферми. На текущий момент одних только крупных исторических книг, посвященных разработке ядерного оружия, насчитывается больше тридцати. Общее же количество учебников, мемуаров, пьес, комиксов и фильмов, так или иначе связанных с ядерной физикой или ядерными программой, неизмеримо больше.

Среди всех этих книг «Создание атомной бомбы» американского историка и журналиста Ричарда Роудса — одна из самых важных. Впервые она была издана в 1986 году — в разгар ядерной гонки. Через два года Роудс получил за нее Пулитцеровскую премию, но только в 2020 году книгу перевели на русский язык. Роудс скрупулезно собрал и изучил все открытые материалы, доступные к середине 80-х (по крайней мере, по американскому проекту), объединил эту информацию в одну книгу и попытался оценить влияние атомного проекта на послевоенную мировую политику и историю. Вышла действительно большая фундаментальная работа: в английском издании почти девятьсот страниц, в русском — больше тысячи (возможно, в том числе из-за размера книга так долго не переводилась).

Для неподготовленного читателя это, вероятно, далеко не самое простое чтение: формул в книги совсем мало, но все фундаментальные принципы и технические подробности работы бомбы Роудс описывает максимально детально. Поскольку писатель — не физик и не химик, а в первую очередь историк и журналист, ему — как он пишет в 2012 году в предисловии к юбилейному переизданию книги — пришлось специально осваивать профессиональный жаргон, чтобы прочитать классические научные статьи, разобраться в открытиях и физических экспериментах. Обзор истории ядерных исследований помог ему показать, что в политической ситуации того времени ученые в общем-то просто не имели возможности оставить открытие ядерного деления в тайне и избавить человечество от ядерного оружия.

«Создание атомной бомбы» состоит из трех частей, каждая из которых заканчивается своей локальной кульминацией: первый, «научный» этап истории, приводит к открытию ядерного деления в конце 1938 года, к публикациям статей Отто Гана, Лизы Мейтнер и Отто Фриша в 1939 году и к докладу Нильса Бора на Вашингтонской конференции. Вторая часть — разработка бомбы в рамках Манхэттенского проекта на фоне продолжающейся Второй мировой войны — заканчивается испытанием «Тринити» на полигоне Аламогордо и первой демонстрацией возможностей атомной бомбы. Третий, военный, этап приводит к бомбардировке Хиросимы и Нагасаки, окончанию войны и началу гонки вооружений.

Первая часть посвящена событиям, которые начались в Европе на заре XX века и в итоге привели к запуску Манхэттенского проекта — речь идет в первую очередь о научных открытиях в области ядерной физики. Роудс подробно представляет основных действующих лиц: Лео Сциларда, Нильса Бора, Эрнеста Резерфорда, Энрико Ферми, Роберта Оппенгеймера, венгерских, немецких и британских физиков и химиков. Одни (например, Ферми, Сцилард или Бор) становятся постоянными участниками событий, иногда меняя роль и отступая на задний план, другие (Резерфорд) выполняют свою функцию и покидают действие, третьи (Оппенгеймер или Эдвард Теллер) ненадолго появляются вначале, но потом пропадают из поля зрения и возвращаются уже значительно позже.

Роудс подробно описывает все стадии зарождения и развития атомной физики: открытие структуры атома и атомного ядра, создание квантовой теории, открытие бета-излучения, открытие нейтрона. Последовательность лабораторных открытий и фундаментальных теоретических работ приводит к идее расщепления ядра, которую Отто Гану удалось реализовать экспериментально. Повторим, что продраться через огромное количество имен и через объяснения не самых простых физических эффектов, ничего при этом не упустив, — возможно, не самая простая задача, но в итоге у читателя складывается целостная картина. Помогает и то, что сегодня многие из имен, упоминаемых Роудсом, закреплены в названиях физических эффектов (часть из которых проходят и в школе) или химических элементов.

Кроме описания конкретных научных экспериментов, открытий и теорий, автор показывает, как в целом была устроена наука в первой половине XX века. Роудс рассуждает о научном методе, о принятых практиках, о принципе коллективного согласия, и показывает, что в начале XX века наука все-таки была нужна в первую очередь самим ученым. Во многом она похожа на современную, но в чем-то заметно отличается: сегодня, став значительно более массовой, наука отчасти лишилась своего романтического флера.

Все научные открытия Роудс сразу вписывает и в исторический контекст: их совершали, когда в Европе сохранялась политическая напряженность и, как внутри отдельных стран, так и в отношениях между государствами, обострялся еврейский вопрос. А главное — шла тяжелая и крайне жестокая Первая мировая война, которая подчинила своим целям прогресс фундаментальной и прикладной науки. В результате постепенно росли механизация и жесткость военных методов: военные стали использовать химическое оружие, появилась практика стратегических бомбардировок, которые влекли за собой все возрастающее число жертв и среди солдат, и среди гражданского населения. Возможность неожиданных переплетений политических и фундаментальных научных проблем Роудс иллюстрирует историей Хаима Вейцмана — ученого-биохимика, который во время Первой мировой войны помогал британским войскам с получением ацетона для производства кордита, а много лет спустя стал первым президентом Израиля.

Специфика политической обстановки в Европе в период между двумя мировыми войнами стала причиной того, что именно США получили преимущество в разработке атомного оружия. Роудс описывает последовательное изгнание ученых-евреев из Германии, Венгрии, Австрии, Италии, Дании. Практически все они к началу Второй мировой войны оказались именно в США. Альтернативой могла бы стать Великобритания, но у нее не оказалось достаточных ресурсов: ни средств, ни материалов, ни людей.

К началу Второй мировой войны ядерная физика вышла за пределы лабораторий и стала предметом сначала политических дискуссий, а затем и военной промышленности. Толчком к этому (помимо нарастающей напряженности в Европе, а потом и начала войны) стало открытие в 1939 году ядерного деления. После этого резко увеличился темп исследований, связанных с получением энергии на основе ядерных реакций. Если между открытиями атомного ядра и возможности его деления прошло 27 лет, то объявление о расщеплении ядер и запуск первой цепной реакции разделили всего семь месяцев. Пропорционально скорости научного развития у ученых — особенно у самых прозорливых и чутких — возрастала тревога по поводу возможности создания оружия массового поражения, причем в довольно близкой перспективе. Этот вопрос был особенно острым с учетом достижений немецких ученых и возможности создания бомбы нацистами в Германии.

Физикам-ядерщикам потребовалось время, чтобы убедить Рузвельта в крайней важности разработки атомного оружия (тогда было написано знаменитое письмо Эйнштейна), после чего был запущен атомный Манхэттенский проект, который стал одним из приоритетов военной промышленности США во время войны. Научные исследования, разумеется, не прекратились, а только ускорились, но стали подчинены одной конкретной цели — опережению немцев в деле создания бомбы.

Этот вопрос упирался в первую очередь в сложности практического характера: с фундаментальной точки зрения большинство необходимых процессов были или известны, или хотя бы предсказаны. Теперь надо было, во-первых, на практике показать, что ядерную цепную реакцию можно использовать для создания оружия, а во-вторых, выбрать для этого самые эффективные методы и материалы. Роудс объясняет, почему для бомбы оказались нужны или изотоп урана-235, или плутоний (а не уран-238), какая минимальная критическая масса была необходима для запуска ядерной цепной реакции, какие способы лучше было использовать, чтобы выделить из урановой руды нужный изотоп максимально быстро и в нужных количествах, чем графит лучше тяжелой воды и почему этот графит должен быть без примесей. Работы по разработке бомбы (в том числе по исследованию способов детонации, запуску цепной реакции и изучению возможности термоядерных реакций) и получению урана-235 и плутония в количествах, необходимых для бомбы, параллельно шли в Лос-Аламосе, Хэнфорде и Чикаго. В результате максимальной мобилизации сил ученых и промышленности бомбу удалось создать в очень короткие сроки.

Роудс пишет, что этот научный и промышленный рывок, в котором одновременно участвовали лучшие ученые и военные, а правительство обеспечивало финансирование и максимальные технологические возможности, очень поспособствовал и дальнейшему техническому прогрессу. Были разработаны не только схемы ядерных реакторов и промышленных установок для обогащения урана: например, именно тогда Джон фон Нейман предложил принципы классической архитектуры компьютера, которые в тот момент требовались для ускорения расчета гидродинамических задач при разработке имплозивной детонации атомной бомбы.

Помимо описания устройства бомбы и подробностей разработки технологий, Роудс уделяет особое внимание моральным и этическим вопросам, которые беспокоили ученых (Бора, Сциларда, Оппенгеймера и остальных) и были связаны, во-первых, с вопросом создания оружия массового поражения, а во-вторых — с кардинальным изменением картины мира уже после его создания. Как уже было сказано, в начале войны американцев и европейцев очень сильно беспокоила возможность создания бомбы нацистами. В частности, Роудс описывает странную встречу Вернера Гейзенберга и Нильса Бора в 1941 году, на которой приехавший из Германии в Данию Гейзенберг пытался рассказать своему бывшему учителю Бору о текущем состоянии немецкого атомного проекта, но ученые не поняли намерений друг друга. (По мотивам этой встречи Майкл Фрейн в 1998 году даже написал пьесу «Копенгаген» — ее ставили в том числе и в России.) На разных стадиях атомного проекта вставали вопросы о секретности разработок, необходимости открытой науки, обязательности бомбардировок городов и влияния наличия ядерного оружия на устойчивость мира.

Однако, несмотря на то, что тема изменения картины мира после появления в нем ядреного оружия и возможной гонки вооружений — одна из главных в книге, Роудс довольно мало пишет про атомные проекты, которые шли в других странах. Если неудачным немецкому и японскому проектам, которые начинались параллельно с американским, Роудс уделяет хоть какое-то внимание, то про советский проект в книге не сказано практически ничего. Даже про научный шпионаж, значительно повлиявший на гонку вооружений, особенно на ранних ее этапах, автор пишет совсем мало. Имя Клауса Фукса, одного из самых известных советских разведчиков, связанных с ядерной программой, упоминается в книге всего трижды. Как американскому писателю, Роудсу оказывается важнее понять, почему атомное оружие вообще появилось (и появилось именно у США), почему американцы решились использовать его во время войны и к каким последствиям это в итоге привело.

Основную часть повествования Роудс заканчивает очень подробным описанием взрыва бомбы, сброшенной на Хиросиму: как это выглядело, какие физические процессы происходили во время взрыва и что этот взрыв сделал с жителями города. Автор не избегает натуралистических подробностей и приводит цитаты выживших, которые описывают воплотившийся в реальности ад.

В эпилоге он довольно кратко рассказывает о ситуации, сложившейся непосредственно после войны, и о начавшейся гонке вооружений (более подробно Роудс написал об этом позже, в книгах о создании водородной бомбы и об атомной энергетике). Эдвард Теллер после небольшого перерыва продолжил исследование термоядерной реакции и работу над водородной бомбой, в Советском Союзе исследования постепенно набирали обороты, а участники Манхэттенского проекта переосмысляли проделанную работу.

Сам Роудс заключает, что начавшаяся после войны гонка вооружений, которую предсказывал Бор, — самый простой путь, который дал возможность зафиксировать политическую ситуацию в мире и не использовать при этом само оружие. Однако это равновесие слишком неустойчиво, и любая случайность может его нарушить. Автор замечает, что использование ядерного оружия неизбежно должно привести к серьезным выводам этического характера. По его мнению, в период усиления национальной идентичности государств и изменения сути мировых войн решением этих проблем должна стать открытая наука, которая хоть и создала предпосылки для ядерного противостояния, сама в нем не виновата. Сегодня, спустя более семидесяти лет после бомбардировки Хиросимы и Нагасаки и более тридцати лет после написания книги, многие вопросы, связанные с ядерной гонкой, стали значительно менее острыми. Но ядерное оружие не исчезло совсем, а социальные, политические и экономические последствия его создания и применения будут заметны еще очень долго. Так что вряд ли можно предполагать, что книга скоро потеряет свою актуальность.

Что дала миру атомная бомба? | Статьи

: все больше государств обзаводятся собственными ядерными арсеналами, с технологией производства атомной бомбы может ознакомиться любой пользователь интернета, а завладение ею террористами является только вопросом времени. Так что же на самом деле дала миру атомная бомба?

Вадим Самойлов, группа «Агата Кристи»: «Самые дерзкие открытия обязательно будут использованы для демонстрации силы»

Атомное оружие, беспощадно продемонстрированное американцами 60 лет назад в Хиросиме и Нагасаки, еще раз показало со всей жестокостью двоякую сущность человека: его стремление к познанию мира и к утверждению своей власти над ним. Самые дерзкие и романтичные открытия умнейших ученых планеты обязательно будут использованы другими людьми для демонстрации силы и безнаказанности. Мы живем в очень хрупком и уязвимом мире, вся наша биосфера не толще пленки мыльного пузыря, покрывающего планету, которая жила миллиарды лет до нас и будет жить миллиарды лет после. День атомной бомбардировки — день позора для американского народа и всего мира, по цинизму сравнимый с геноцидом Гитлера и терактами «Аль-Каиды».

Вячеслав Гришин, президент Союза «Чернобыль»:»Это не столько прогресс, сколько предупреждение человечеству»

Первое, что приходит на ум при словосочетании «атомная бомба», — это трагедии и человеческие жертвы. Атомная бомба — это три источника поражения. Но если ударная волна и световое излучение поражают сразу, то действие радиации длится десятилетия и даже века. Атомная бомба — это не столько прогресс, сколько предупреждение человечеству о тех последствиях, которые таятся в его неразумном использовании. Не дай бог, оружие попадет в руки террористов. Последствия могут быть еще более катастрофическими, чем при испытаниях или бомбардировке Хиросимы и Нагасаки.

Всеволод Чаплин, протоиерей, заместитель председателя отдела внешних церковных связей Московского патриархата: «Только она сдерживает попытки установления мирового господства»

Лучше, чтобы ее не было. Но, к сожалению, только она сдерживала и сдерживает попытки установления мирового господства, попытки установления единой для всех идеологии, будь то идеология марксизма, мирового халифата или политкорректной демократии.

Дана Борисова,  телеведущая :»Единственным плюсом может быть эффект сдерживания»

Безусловно, атомная бомба — изобретение ужасное. Так же как и эксперименты с атомной энергией. Даже меня лично коснулись последствия этих изобретений. Моя семья жила неподалеку от Чернобыля — очень многие мои родственники в довольно молодом возрасте умерли от рака. Обе мои бабушки, которые жили в 60 километрах от атомной станции, слава богу, еще живы, но до сих пор очень радуются и удивляются, почему вырастают такие огромные яблоки и картошка.

Единственным возможным плюсом может быть эффект сдерживания, который оказала атомная бомба во время мировых конфликтов, не позволив развязать войну, например, во время Карибского кризиса. Может быть, она помогла избежать еще больших жертв.

Махмут Гареев, президент Академии военных наук: «Создание ядерного оружия в СССР предотвратило третью мировую войну»

Открытие атомной энергии было неизбежным. Как и в других сферах, оно может служить на благо, а может и превратиться в трагедию. Сейчас на атомную энергию приходится 12% мирового потребления, но за ядерной энергетикой будущее. К сожалению, в истории создания и использования ядерной энергии превалировала военная сторона. Ведь создавали атомную бомбу в противовес тому, что пыталась сделать фашистская Германия.

О первом использовании атомного оружия американцы открыто говорили — включая тогдашнего президента США Гарри Трумэна, — что оно было применено в Японии, но против Советского Союза. Их намерением было устрашить и сдержать СССР после Второй мировой войны. С военной точки зрения применение атомного оружия было совершенно бессмысленным. И на послевоенную политику его наличие повлияло в самую плохую сторону.

Но нет худа без добра. С точки зрения интересов нашей страны создание ядерного оружия в СССР предотвратило третью мировую войну, которая иначе была бы неизбежна с учетом проводимой США политики.

Для России сегодня ядерное оружие остается важнейшим, наиболее надежным средством обеспечения ее безопасности. Но не надо возводить это в абсолют: полной безопасности оно не гарантирует — не уберегло, например, СССР от распада. Сегодня есть новые угрозы, против которых оно бессильно.

Макс Покровский, группа «Ногу свело»: «Чокнутое человечество пытается находить плюсы даже в атомной бомбе»

Человечество в последнее время с ростом научно-технического прогресса стало до такой степени чокнутым, что пытается находить даже какие-то плюсы в атомной бомбе, в каких-то технологических скачках, в том числе и в технологиях средств массового уничтожения. Все это идет просто от вымирания. Вообще странно, что мы пытаемся каким-то образом искать плюсы и минусы в такого рода вопросах. Я бы лично не стал возиться со всей этой парашей.

Сергей КАПИЦА, профессор «Какую страшную вещь мы сделали… Это проблема взросления человечества»

Сейчас читаю воспоминания про президента Академии наук СССР Анатолия Александрова, который участвовал в атомном проекте. Однажды Курчатов после испытания особенно крупной бомбы вернулся в Москву в полной депрессии и сказал Александрову: «Анатолиус, я теперь вижу, какую страшную вещь мы сделали. Теперь мы должны добиться того, чтобы ядерная война была исключена». Недавно в английском журнале я прочитал статью о том, что в архивах обнаружены данные о выдающемся немецком ученом Гейзенберге, который отнюдь не саботировал, как считалось раньше, работы по немецкой атомной бомбе, а помог Германии далеко продвинуться в этом направлении. Конечно, в те годы атомная бомба помогла предотвратить ядерное столкновение супердержав. Мне думается, вопрос о ядерном оружии — это проблема взросления человечества. Мировые лидеры сделали так много ядерного оружия, что в какой-то момент осознали его опасность и приступили к сокращению арсенала. А те страны, которые пытаются обзавестись атомной бомбой сегодня, просто еще не повзрослели.

Ядерный кошмар приближается

Применению ядерного оружия нет оправдания, но опасность его использования с каждым годом увеличивается, — считает подавляющее большинство россиян. 71% опрошенных социологами Фонда «Общественное мнение» граждан заявили, что первой ассоциацией, которая возникает у них при слове Хиросима, являются «ядерная катастрофа» и «самое трагическое событие всех войн». Представление о том, что мощь и значимость страны на мировой арене определяется наличием у нее ядерных арсеналов, разделяет сегодня только пятая часть наших сограждан. Из результатов опроса, который сегодня обнародует Всероссийский центр изучения общественного мнения (ВЦИОМ), следует: величие страны, по мнению россиян, измеряется прежде всего уровнем благосостояния ее граждан и развитием экономики, образованностью населения, масштабом культурного наследия и отсутствием ущемления прав и свобод человека в государстве. Обладание атомной бомбой стоит в этом списке только на шестом месте. Вместе с тем только 4% граждан считают, что Россия должна вообще отказаться от ядерного оружия, в то время как каждый четвертый уверен: его надо совершенствовать, а количество боеголовок увеличивать.

Абсолютное зло

Атомная бомба не дала миру ничего, кроме глобального невроза всего человечества, вдруг убедившегося, что «конец света» может наступить уже при нынешнем поколении.

Если же говорить о роли ядерного оружия в качестве средства сдерживания, то еще надо посмотреть, сдерживало ли оно агрессию или, наоборот, ее провоцировало. Кубинский кризис, когда мир ближе всего подошел к ядерной войне, как раз и имел своей первопричиной само ядерное оружие. Кеннеди настолько испугался появления советских ракет вблизи Америки, что готов был пустить в ход собственный атомный арсенал.

Если бы сегодняшняя Россия не имела возможности уповать на свое ядерное оружие, она уже давно провела бы военную реформу, создав гибкую милиционную систему обороны по типу швейцарской, которая одновременно и надежна, и не угрожающа для соседей.

Так что, на мой взгляд, атомная бомба суть абсолютное зло.

Василий Семенов, активист миротворческих движений 1970-1980-х гг., г. Москва

По всему миру — СССР

Если бы американцы не создали атомное оружие и не показали в первую очередь Сталину его разрушительную силу летом 1945 года, то набравшая в конце Второй мировой войны всесокрушающую мощь Красная Армия легко дошла бы до Ла-Манша в Европе, поработив не только Восточную, но и Западную Европу. Известно, что Сталин строил планы выхода к Индийскому океану для создания невиданной по масштабам советской империи. Если бы не противостояние Америки и всего Запада коммунистической экспансии, если бы не речь Черчилля в Фултоне, что бы было? По всему миру — Советский Союз? Иногда с ужасом представляю себе это, и во мне поднимается волна благодарности к тем, кто этого не допустил. Спасибо Америке!

Федор Полетаев, инженер, г. Москва

Сможет ли природа понять себя?

Политика ядерного сдерживания в сочетании с договоренностями о нераспространении ядерного оружия между странами — членами Совета Безопасности ООН не допустила развязывания во второй половине ХХ века атомной мировой войны. Но джинн уже был выпущен из бутылки. К сожалению, природа не ставит для человека запретов, когда он запускает руку в самые потаенные ее уголки. Тайны атома, клонирования животных и человека, открытые людям, могут обернуться непоправимой катастрофой для человечества. Как писал Шукшин, человечество — это попытка природы понять саму себя. Думаю, это попытка обернется неудачей.

Ирина Коломейцева, научный работник, г. Королев МО

Страшная точка во Второй мировой

К сожалению, человек (по крайней мере, большинство людей), как показала история, устроен так, что самым действенным средством давления на него является страх. В том, что применение атомной бомбы американцами поставило точку в конце Второй мировой войны, есть хоть и печальная, но правда. Это, конечно, звучит цинично, но неизвестно, как долго бы продолжалась война (и вообще сколько бы их еще было), какие бы были жертвы, если бы не угроза атомной бомбы. По-моему, надо смотреть реально на вещи: человечество в своем развитии делает не только открытия, позволяющие СОХРАНЯТЬ жизнь, но и совершенствуется в средствах УНИЧТОЖЕНИЯ себе подобных.

Алексей Папоров, военнослужащий, г. Плавск

Запугиванием хорошего не достичь

В повести Сергея Довлатова «Иностранка» один из героев говорит: «Демократию надо внедрять любыми средствами. Вплоть до атомной бомбы». Это, конечно, сарказм со стороны автора. Мое глубокое убеждение — ничего хорошего запугиванием достичь невозможно. Даже самые благие намерения не могут пролегать через ужас и страдания, иначе они превращаются в преступление. И я думаю, что такая точка зрения должна все более утверждаться среди людей. А мы — люди, живущие в стране, которая еще совсем недавно смотрела на мир, ощетинившись оружием, которая из всех средств воздействия на собственных граждан признавала в основном их устрашение, — должны лучше многих народов это понимать.

Афанасий Коловратов, учитель, г. Бобров Воронежской обл.

Как сделать ядерную бомбу? | Наука

В принципе, это очень просто — получить критическую массу радиоактивного материала, сидеть сложа руки и смотреть, как идет безудержная ядерная реакция. Но, к счастью для нас, первая часть — получение радиоактивного материала — является самым большим камнем преткновения.

Ранее на этой неделе Иран присоединился к растущему списку стран, подозреваемых в разработке ядерного оружия. В понедельник Европейский Союз заявил, что ядерные реакторы Ирана могут производить радиоактивное сырье, необходимое для ядерной бомбы, и потребовал допустить инспекторов по вооружениям9.0003

«Вы не можете сделать ядерную бомбу без расщепляющегося материала», — говорит Эндрю Ферлонг из Института инженеров-химиков. А для среднего термоядерного устройства необходимым материалом является плутоний или обогащенный уран.

Уран, встречающийся в природе тяжелый металл, представляет собой уран 238 или 235. Оба радиоактивны и со временем распадаются на другие элементы, но только последний может быть насильственно расщеплен нейтронами. Это основа ядерной бомбы.

Когда атом распадается, он выделяет энергию и большее количество нейтронов, которые затем могут расщепить другие атомы. Получите достаточно расщепленных атомов, и у вас будет цепная реакция, необходимая для взрыва бомбы.

Но природный уран в подавляющем большинстве состоит из изотопа 238, который отражает любые попадающие на него нейтроны — бесполезен для бомбы. Чтобы сделать бомбу, природный уран необходимо обработать, чтобы сконцентрировать в нем изотопа 235.

Вот тут-то и начинаются проблемы. На каждые 25 000 тонн урановой руды производится всего 50 тонн металла. Менее 1% из них приходится на уран-235. Ни один стандартный метод экстракции не разделит два изотопа, потому что они химически идентичны.

Вместо этого уран вступает в реакцию с фтором, нагревается до состояния газа, а затем декантируется через несколько тысяч тонких пористых барьеров. Это частично разделяет уран на два типа. Один представляет собой сильно уран-235 и называется «обогащенным», а остальные представляют собой спорный «обедненный» уран, используемый для изготовления обычного оружия.

Чтобы сделать ядерный реактор, уран должен быть обогащен так, чтобы 20% его составлял уран-235. Для ядерных бомб эта цифра должна быть ближе к 80 или 90%. Получите около 50 кг этого обогащенного урана — критическая масса — и вы получите бомбу. Еще немного, и цепная реакция не приведет к взрыву.

Вместо него можно использовать плутоний. По словам Кита Барнхэма, физика из Имперского колледжа, это предпочтительный материал, потому что из него можно сделать гораздо более легкое оружие, которое можно установить на ракету.

Плутоний производится в качестве побочного продукта в ядерных реакторах, и для бомбы требуется всего около 10 кг. Средней электростанции требуется около года, чтобы произвести достаточно, а для извлечения плутония из топлива требуются дорогостоящие установки по переработке.

С основным материалом жизнь становится проще. Бомба взорвется, как только будет собрана критическая масса урана или плутония. Итак, для начала и для того, чтобы убедиться, что она не взорвется в руках своих владельцев, бомба должна разделять металл на две или более частей. Когда оружие находится на месте и готово к выстрелу, эти подкритические массы нужно только бросить вместе — и это можно сделать с помощью обычных взрывчатых веществ.

Цепная реакция, взрыв и знакомое грибовидное облако потом сами о себе позаботятся.

Атомная бомба | Введение в химию |

 

Цель обучения
  • Описать химическую реакцию, которая приводит в действие атомную бомбу
Ключевые моменты
    • Атомные бомбы — это ядерное оружие, использующее энергию ядерного деления для производства мощных взрывов.
    • В ходе боевых действий США использовали только два вида ядерного оружия, оба в конце Второй мировой войны.
    • В оружии деления масса делящегося материала собирается в сверхкритическую массу либо путем выстреливания одного куска подкритического материала в другой (метод «пушки»), либо путем сжатия докритической сферы материала с использованием химических взрывчатых веществ (метод «пушки»). «имплозионный» метод).
Термины
  • делениеПроцесс расщепления ядра атома на более мелкие частицы; ядерное деление.
  • ядерное оружиеОружие, получающее энергию от ядерных реакций деления или синтеза.
  • синтезЯдерная реакция, при которой ядра объединяются, образуя более массивные ядра с сопутствующим высвобождением энергии и часто нейтронов.

Атомные бомбы

Атомные бомбы — это ядерное оружие, которое использует энергию ядерного деления для производства мощных взрывов. Эти бомбы отличаются от водородных бомб, которые используют как деление, так и синтез для увеличения своего взрывного потенциала.

История

Только два ядерных оружия были использованы в ходе войны, оба Соединенными Штатами в конце Второй мировой войны. 6 августа 19 г.45 января над японским городом Хиросима была взорвана урановая бомба деления пушечного типа под кодовым названием «Малыш». Три дня спустя, 9 августа, над Нагасаки, Япония, была взорвана плутониевая бомба деления имплозивного типа под кодовым названием «Толстяк». В результате этих двух взрывов погибло около 200 000 японцев, в основном мирных жителей. Роль взрывов в капитуляции Японии и их этический статус остаются предметом научных и популярных дискуссий.

Ядерная химия за взрывом

Атомные бомбы состоят из делящегося элемента, такого как уран, который обогащен изотопом, способным поддерживать цепную ядерную реакцию деления. Когда свободный нейтрон попадает в ядро ​​делящегося атома, такого как уран-235 ( 235 U), уран распадается на два меньших атома, называемых осколками деления, плюс еще нейтроны. Деление может быть самоподдерживающимся, потому что оно производит больше нейтронов со скоростью, необходимой для возникновения новых делений. Это создает цепную реакцию.

Содержание урана-235 в «оружейном» уране обычно превышает 85 процентов, хотя неэффективное оружие, считающееся «оружейным», может быть изготовлено из урана, обогащенного на 20 процентов. Самая первая урановая бомба «Малыш» была сброшена на Хиросиму в 1919 г.45 использовалось 64 килограмма 80-процентного урана.

В ядерном оружии масса расщепляющегося материала, либо обогащенного урана, либо плутония, собирается в сверхкритическую массу — количество материала, необходимое для запуска экспоненциально растущей цепной ядерной реакции. Это достигается либо путем выстреливания одного куска докритического материала в другой, что называется методом «пушки», либо путем сжатия докритической сферы материала с использованием химических взрывчатых веществ до плотности, во много раз превышающей ее первоначальную плотность, что называется методом «имплозии».

Имплозионный метод считается более сложным, чем пушечный, и может использоваться только в том случае, если делящимся материалом является плутоний. Присущая урану радиоактивность затем высвобождает нейтрон, который бомбардирует другой атом 235 U с образованием нестабильного урана-236, который подвергается делению, высвобождает новые нейтроны и продолжает процесс. Атом урана может расщепить любой из десятками разных способов, если сумма атомных весов составляет 236 (уран плюс лишний нейтрон). Следующее уравнение показывает одно возможное разделение, а именно на стронций-91_0n+180 МэВ235U+01​n→ 95Sr+139Xe+2 01​n+180МэВ

Методы сборки бомбы деления Два метода применялись для индуцирования цепной ядерной реакции, приводящей к взрыву атомной бомбы. В сборке пушечного типа обычное взрывчатое вещество сжимается с одной стороны, в то время как в имплозивной сборке сжимается со всех сторон одновременно.

Мгновенное выделение энергии на атом составляет около 180 миллионов электрон-вольт (Me). Из произведенной энергии 93 процента составляет кинетическая энергия разлетающихся друг от друга заряженных осколков деления, взаимно отталкивающихся положительным зарядом своих протонов. Эта начальная кинетическая энергия сообщает начальной скорости около 12000 километров в секунду.

Однако высокий электрический заряд заряженных фрагментов вызывает множество неупругих столкновений с ближайшими ядрами, поэтому эти фрагменты остаются в ловушке внутри урановой ямы бомбы. Здесь их движение преобразуется в рентгеновское тепло, процесс, который занимает около миллионной доли секунды. К этому времени материал активной зоны и тампера бомбы достигает нескольких метров в диаметре и превращается в плазму с температурой в десятки миллионов градусов. Эта энергия рентгеновского излучения производит взрыв и огонь, которые обычно являются целью ядерного взрыва.

Как сделать атомную бомбу Объяснение процесса деления атомных бомб.

 

Show Sources

Безграничная проверка и отбор высококачественного контента с открытой лицензией со всего Интернета. Данный конкретный ресурс использовал следующие источники:

«Безграничный».

http://www.boundless.com/
Безграничное обучение

CC BY-SA 3.0.

«ядерное оружие».

http://en.wiktionary.org/wiki/nuclear_weapon
Викисловарь

СС BY-SA 3.0.

«сплав».

http://en.wiktionary.org/wiki/fusion

Викисловарь

CC BY-SA 3.0.

«деление».

http://en.wiktionary.org/wiki/fission

Викисловарь

CC BY-SA 3.0.

«Ядерное деление».

http://en.wikipedia.org/wiki/Nuclear_fission

Википедия

CC BY-SA 3.0.

«Ядерное оружие».

http://en.wikipedia.org/wiki/Nuclear_weapon

Википедия

CC BY-SA 3.0.

«Конструкция ядерного оружия».

http://en.wikipedia.org/wiki/Nuclear_weapon_design
Википедия

CC BY-SA 3.0.

«Обогащение урана».

http://en.wikipedia.org/wiki/Uranium_enrichment

Википедия

CC BY-SA 3.0.

«Файл:Методы сборки атомной бомбы.